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- 제초제를 선택적으로 결합하는 특별히 개조된 금속-유기 프레임워크(MOF)에 의해 가능
- 새로운 유형의 필터는 지하수와 식수에서 제초제 글리포세이트를 제거하는 데 도움
- 초기 테스트에서는 새로운 물질은 현재 최고의 흡착제보다 단 1/5시간에 3배 더 많은 글리포세이트를 흡수

글리포세이트용 필터
새로운 금속-유기 골격 화합물은 물에서 제초제를 제거할 수 있다.

오염 방지:
새로운 유형의 필터는 지하수와 식수에서 제초제 글리포세이트를 제거하는 데 도움이 될 수 있다. 이것은 제초제를 선택적으로 결합하는 특별히 개조된 금속-유기 프레임워크(MOF)에 의해 가능하다. 예를 들어, 이 필터의 도움으로 식수 생산용 물에서 글리포세이트를 제거할 수 있다. 이것은 잠재적으로 해로운 작물 보호 제품의 오염을 제한하는 데 도움이 된다. 

▲ 금속-유기 구조는 글리포세이트 오염으로부터 식수를 정화하는 데 도움이 될 수 있다. © Shaghayegh Naghdi

글리포세이트는 전 세계적으로 가장 일반적으로 사용되는 제초제이며 오랫동안 토양, 물 및 먹이 사슬에 존재해 왔다. 동시에, 이 식물 보호 제품의 사용은 매우 논란의 여지가 있다. 이 유기인산염이 다양한 유기체에서 기형 및 신경 손상을 일으킬 수 있다는 증거가 증가하고 있으며 발암성으로도 의심되기 때문이다. 적어도 음용수를 얻을 때 물에서 글리포세이트를 제거하는 것이 더욱 중요하다.

글리포세이트 스캐빈저로서의 금속-유기 프레임워크

비엔나 공대(Vienna University of Technology)의 Shaghayegh Naghdi와 그녀의 동료들은 이제 글리포세이트로 오염된 물을 정화하는 새로운 방법을 개발했다. 핵심 구성 요소는 금속-유기 프레임워크(MOF)이다. 이러한 다공성 고체는 금속 이온이 복잡한 결합을 통해 연결된 유기 탄화수소 구조로 구성된다. 해면 구조로 인해 이러한 분자 복합체는 특히 그램당 최대 7천 평방미터의 넓은 표면적을 갖는다.
"이는 MOF 1g에 전체 축구장을 위한 공간이 있다는 것을 의미한다"고 Vienna University of Technology의 수석 저자인 Dominik Eder는 설명했다. "결과적으로 많은 분자가 기공에 흡착될 수 있으므로 MOF는 CO2, 무기염 및 유기 오염 물질과 같은 분자를 공기나 물에서 직접 결합하는 데 이상적인 재료가 된다.“ 

▲ a) 글리포세이트 흡착 후 SeLiRe MOF의 IR 연구, νP-OH 밴드(932 및 880cm-1) 및 νTi-O-P(1132 및 1110cm-1)는 MOF에 의해 흡착된 글리포세이트의 존재를 나타낸다. b,c) DFT 계산에서 얻은 이온 교환을 통한 MOF에 대한 글리포세이트 흡착의 예시. 원자 색상: Ti(녹색), O(빨간색), C(갈색), H(흰색), N(파란색), P(주황색). (출처: 관련논문 Glyphosate Adsorption from Water Using Hierarchically Porous Metal–Organic Frameworks / Wiley Online Library)

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글리포세이트 필터의 시작점으로 연구원들은 격자에 티타늄 이온을 포함하는 프레임워크 화합물 MIL-125-Ti를 사용했다. 정상적인 조건에서 이 MOF의 기공은 너무 좁아서 글리포세이트가 활성 흡착 공정 부위에 침투하기 어렵다. 물과 같은 액체 매질에서 용매 분자는 이 확산 과정을 늦추고 기공을 막을 수도 있다.

이 문제를 해결하기 위해 화학자들은 직경이 최대 10나노미터인 추가 기공을 MOF에 통합하는 전략을 개발했다. 이를 위해 화학자들은 프레임워크에서 유기 스트러트의 수를 선택적으로 줄였다. 이것은 글리포세이트를 위한 더 많은 공간을 생성할 뿐만 아니라 제초제에 대한 추가 활성 결합 사이트 생성을 촉진한다. "이러한 결합은 글리포세이트 및 유사한 유기 화합물을 매우 빠르고 효율적으로 흡착할 수 있을 만큼 충분히 강하다"고 Eder는 설명했다.

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그 결과 물에서 글리포세이트를 선택적이고 효율적으로 제거할 수 있는 금속-유기 구조가 탄생했다. 초기 테스트에서는 새로운 물질이 현재 최고의 흡착제보다 단 20%의 시간에 3배 더 많은 글리포세이트를 흡수할 수 있음을 보여주었다. "동시에 결합은 단순한 염화나트륨 식염수로 글리포세이트를 제거하기에 충분히 약하기 때문에 이러한 MOF는 여러 번 사용될 수 있다"고 Eder는 말했다.
연구팀은 다른 오염물질을 흡착하거나 전환할 수 있는 다른 MOF를 개발할 계획이다. (Advanced Functional Materials, 2023; doi: 10.1002/adfm.202213862)
출처: Technische Universität Wien / 비엔나 공과 대학교

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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